一种大型试验水池的多通道造流装置及造流方法

本发明涉及的是一种造流装置，具体涉及一种大型试验水池的多通道造流装置及造流方法。

背景技术：

1、在土木工程、水利工程和海洋工程等领域，大型试验水池被广泛用于模拟自然水体环境以进行各种水工试验。传统的造流方法通常涉及在水池中使用单一通道或有限的水泵配置，以产生所需的水流环境，而这些现有的造流方法在大型试验水池中存在一些局限性，主要包括有：

2、（1）效率和均匀性问题：现有造流方法往往难以在整个水池内部创建一个均匀且高效的水流环境，特别是当面对不同形状和尺寸的水池时，这可能会导致试验结果的不精确；

3、（2）灵活性不足：现有技术通常在水流方向和强度上缺乏灵活性，无法根据具体的实验需求进行快速的调整；

4、（3）空间与结构限制：在一些设计中，水泵和管道配置占据了水池的空间，限制了其他设备（如水下振动台）的安装和操作，同时也增加了土建工程的投资；

5、（4）成本和维护问题：现有系统依赖于复杂的管道和金属结构，不仅在初始建设上成本较高，而且在维修和更换过程中也涉及更多成本以及运行中的能源消耗。

6、基于此，本发明提出了一种大型试验水池的多通道造流装置及造流方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种大型试验水池的多通道造流装置及方法，通过在水池两侧布置若干台造流水泵，形成高效的水流循环系统，配合下层环形回流廊道和上层廊道设计，实现了全水池范围内均匀的水流分布，优化了水泵运行效率和控制系统，提高了整个系统的可靠性和连续性，解决了现有造流方法效率低、均匀性差、灵活性低、结构和空间设计不合理、成本高的问题。

2、第一方面，本发明提供一种大型试验水池的多通道造流装置，采用以下技术方案：

3、所述造流装置包括：大型试验水池池底、造流水泵、测流量计、测压力计、下层环形回流廊道、池底渐变段出流廊道、上层廊道和控制系统；

4、所述大型试验水池池底的两侧分别依次设置池底渐变段出流廊道、若干台造流水泵和上层廊道，所述造流水泵两端分别连通池底渐变段出流廊道和上层廊道，所述下层环形回流廊道水平环向设置在大型试验水池池底的外围，所述上层廊道位于下层环形回流廊道上方并沿大型试验水池的池壁布置，所述上层廊道与下层环形回流廊道连通，所述下层环形回流廊道内部注有水；

5、所述大型试验水池池底其中一侧的造流水泵作为用于抽水的出流水泵，另一侧的造流水泵作为用于排水的回流水泵；

6、每台所述造流水泵上均配备测流量计和测压力计，所述测流量计用于收集造流水泵的流量数据，所述测压力计用于收集造流水泵的压力数据；

7、所述控制系统与测流量计、测压力计电连接，所述控制系统能够对造流水泵的运行状态进行实时监控和调整，可以根据测流量计、测压力计收集的数据调节造流水泵的运行参数，根据测试需求调节造流水泵的运行状态。

8、优选的，所述造流水泵采用大型透空低扬程、大流量贯流水泵。

9、优选的，所述出流水泵和回流水泵各配备24台。

10、优选的，所述下层环形回流廊道、池底渐变段出流廊道、上层廊道均采用混凝土材料建造。

11、优选的，所述池底渐变段出流廊道横截面的开口由连接造流水泵的一端向另一端逐渐增大。

12、优选的，所述上层廊道横截面的开口由连接造流水泵的一端向另一端逐渐增大。

13、第二方面，本发明提供一种大型试验水池的多通道造流方法，使用上述造流装置进行造流，造流启动时，大型试验水池池底一侧的出流水泵将下层环形回流廊道内的水抽至上层廊道，水通过泵体后，经由池底渐变段出流廊道流入大型试验水池池底，形成全场范围的水流循环；水流经过水池全场后，通过另一侧的池底渐变段出流廊道，再由回流水泵将水排入上层廊道，随后再次回流至下层环形回流廊道，完成一个完整的水流循环过程。

14、当水流经过出流水泵和回流水泵时，测流量计和测压力计实时收集水流流量和泵体内压力的数据，由控制系统对出流水泵、回流水泵的运行状态进行实时监控并及时做出调整。

15、本发明的有益效果：

16、（1）本发明具有高效的造流方式，采用试验水池两端抽水和排水相结合的造流方式，配合大型输水廊道进行回流，形成高效的水流循环系统；此造流设计能够快速建立稳定的水流环境，且确保了水流在全场范围内的均匀分布，通过两侧造流水泵的协调工作，实现了连续的水流循环，使得试验水池能够维持长时间、稳定的造流状态。此外，这种方式减少了水流路径中的能量损耗，提高了系统的整体效率和运行稳定性，适用于各种复杂的实验条件。

17、（2）本发明的多泵协同控制系统不仅保障了造流过程的灵活性和多样性，还通过与测流量计和测压力计的实时数据反馈相结合，实现精确控制水泵性能；这种高度精准的控制机制使得本发明能够满足多变的实验条件，无论是需要均匀流动、局部加强流动还是特定方向的流动，控制系统都能通过调整相应的水泵参数来迅速响应，这不仅提升了实验的灵活性和精度，也增强了整个系统的适应性，使其能够在一系列复杂的实验设计中保持高效和准确。此外，这种协同控制还减少了因设备故障导致的实验中断风险，提高了整个系统的可靠性和稳定性。

18、（3）本发明的下层环形回流廊道水平环向布置在水池外侧，释放了水池下部空间，使其能够预留出足够的空间安装水下振动台或其他大型设备，此设计为设备的安装和操作提供了便利性，适应了多种实验需求，提高了造流装置应用的灵活性；同时，上层廊道和下层环形回流廊道的紧凑设计减少了水池内部空间的占用，优化了整体结构布局，提升了空间利用率，并显著减少了土建工程的投资。

19、（4）本发明的输水廊道采用混凝土材料建造，具有坚固耐用和易于维护的特点，混凝土廊道的使用避免了额外的金属或塑料管道系统，从而显著降低了材料成本和后期维护成本。合理的廊道结构设计不仅确保了高效的水流回流，还减少了建设过程中所需的施工材料和时间，大幅度降低了总体工程造价。

20、（5）本发明采用低扬程、大流量的惯流水泵，通过优化水泵的选型和配置，确保在满足造流需求的同时最大限度地降低能耗；实时监控和调整的控制系统保证了水泵始终在最佳效率范围内工作，从而减少了能源消耗，显著降低了运行成本，这种高效能的运行方式不仅环保，还提升了系统的经济性和可持续性。

21、（6）本发明采用多通道协同控制系统保证了系统的高可靠性，即使部分水泵发生故障，仍能继续进行造流试验，每组造流水泵均可独立运行且互为备用，控制系统会自动检测水泵状态并在故障发生时迅速切换到备用泵。这种设计不仅提高了系统的整体可靠性，还确保了造流试验的连续性和稳定性，避免了实验中断带来的不利影响，提升了整体系统的稳定性和安全性。

技术特征：

1.一种大型试验水池的多通道造流装置，其特征在于，包括：大型试验水池池底（1）、造流水泵（2）、测流量计（3）、测压力计（4）、下层环形回流廊道（5）、池底渐变段出流廊道（6）、上层廊道（7）和控制系统；

2.根据权利要求1所述的一种大型试验水池的多通道造流装置，其特征在于，所述造流水泵（2）采用大型透空低扬程、大流量贯流水泵。

3.根据权利要求1所述的一种大型试验水池的多通道造流装置，其特征在于，所述出流水泵和回流水泵各配备24台。

4.根据权利要求1所述的一种大型试验水池的多通道造流装置，其特征在于，所述下层环形回流廊道（5）、池底渐变段出流廊道（6）、上层廊道（7）均采用混凝土材料建造。

5.根据权利要求1所述的一种大型试验水池的多通道造流装置，其特征在于，所述池底渐变段出流廊道（6）横截面的开口由连接造流水泵（2）的一端向另一端逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的一种大型试验水池的多通道造流装置，其特征在于，所述上层廊道（7）横截面的开口由连接造流水泵（2）的一端向另一端逐渐增大。

7.一种大型试验水池的多通道造流方法，使如权利要求1-6任一项所述的造流装置进行造流，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种大型试验水池的多通道造流方法，其特征在于，当水流经过出流水泵和回流水泵时，测流量计（3）和测压力计（4）实时收集水流流量和泵体内压力的数据，由控制系统对出流水泵、回流水泵的运行状态进行实时监控并及时做出调整。

技术总结本发明公开了一种大型试验水池的多通道造流装置及造流方法，该造流装置包括大型试验水池池底、造流水泵、测流量计、测压力计、下层环形回流廊道、池底渐变段出流廊道、上层廊道和控制系统；大型试验水池池底的两侧分别依次设置池底渐变段出流廊道、若干台造流水泵和上层廊道，造流水泵两端分别连通池底渐变段出流廊道和上层廊道，下层环形回流廊道水平环向设置在大型试验水池池底的外围，上层廊道位于下层环形回流廊道上方并沿大型试验水池的池壁布置，每台造流水泵上均配备测流量计和测压力计，控制系统与测流量计、测压力计电连接。本发明实解决了现有造流方法效率低、均匀性差、灵活性低、结构和空间设计不合理、成本高的问题。技术研发人员：燕翔,李震宇,韩庆华,白志刚,张晋元,刘铭劼,吴昊受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18